一种励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法，首先利用二重傅里叶积分得到了H桥和三相电压型逆变器开环控制下的输出电压中由PWM引起的谐波阶次，接着由磁链方程得到空载与电枢反应两种情况下励磁绕组感应脉动电压由PWM引起的谐波阶次，由此并根据磁链方程得到加载工况下的励磁绕组感应脉动电压。本发明专利技术所提出的励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法思路清晰，易于理解且操作便捷，由于能够给出电励磁磁通切换电机在PWM激励下励磁绕组感应脉动电压的谐波阶次，对于电励磁磁通切换电机的PWM谐波抑制具有重要的参考意义。考意义。考意义。

【技术实现步骤摘要】
一种励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法


[0001]本专利技术属于电机设计
，尤其涉及一种励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法。

技术介绍

[0002]近年来，稀土永磁电机由于其高效率与高转矩密度得到了广泛应用，但是由于其励磁由稀土永磁体提供，它也存在着高温下无法正常工作和造价高昂的缺陷。电励磁电机用励磁绕组代替永磁体进行励磁，克服了稀土永磁电机的固有缺陷。
[0003]传统的电励磁同步电机的励磁绕组和交流绕组分别分布在转子与定子上，而电励磁磁通切换电机的励磁绕组和交流绕组都分布在定子上。与开关磁阻电机类似，电励磁磁通切换电机转子简单、坚固，适合高速运行。由于其高功率密度和低成本，电励磁磁通切换电机是代替稀土永磁电机的一个合理选择。
[0004]但是由于双凸极结构，电励磁磁通切换电机的励磁绕组感应电压时脉动的，会造成励磁绕组电流纹波，甚至影响励磁绕组供电电源的安全。同时，高频的PWM谐波会对励磁绕组感应脉动电压产生强烈的影响，目前尚未对此进行系统研究，因此PWM激励下电励磁磁通切换电机励磁绕组感应脉动电压的谐波分析具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法，解决了上述问题。
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法，包括以下步骤：
[0007]S1：当电机空工况下，由二重傅里叶积分得到H桥的输出电压中由PWM引起的谐波阶次并由磁链方程计算得到空载情况下励磁绕组感应脉动电压由PWM引起的谐波阶次；
[0008]S2：电机加载工况下，先仅考虑电枢反应，由二重傅里叶积分得到三相电压型逆变器开环控制下的输出电压中由PWM引起的谐波阶次并由磁链方程计算得到仅考虑电枢反应时励磁绕组电流中由PWM引起的谐波阶次，再与S1中电机在空载工况下励磁绕组电流中由PWM引起的谐波阶次相叠加，并由磁链方程计算得到加载时励磁绕组感应脉动电压由PWM引起的谐波阶次。
[0009]在上述技术方案的基础上，本专利技术还提供以下可选技术方案：
[0010]进一步的技术方案：所述S1中的具体步骤为：
[0011]S101：在电机工作在空载工况下，由二重傅里叶积分得到H桥的输出电压中由PWM引起的谐波阶次。
[0012]S102：由H桥开环控制下的输出电压中由PWM引起的谐波阶次与励磁绕组电纳中的谐波阶次得到空载时励磁绕组电流中由PWM引起的谐波阶次。
[0013]S103：由励磁绕组电流中由PWM引起的谐波阶次与励磁绕组电感的谐波阶次得到
空载时励磁绕组感应脉动电压中由PWM引起的谐波阶次。
[0014]进一步的技术方案：所述S2中具体步骤为：
[0015]S201：在仅考虑电机的电枢反应时，由二重傅里叶积分得到三相电压型逆变器的输出电压中由PWM引起的谐波阶次；
[0016]S202：由三相电压型逆变器开环控制下的输出电压中由PWM引起的谐波阶次与交流绕组电纳的谐波阶次得到电枢反应下交流绕组电流中由PWM引起的谐波阶次；
[0017]S203：由交流绕组电流中由PWM引起的谐波阶次与交流绕组与励磁绕组间互感的谐波阶次得到电枢反应下励磁绕组感应脉动电压中由交流绕组PWM谐波引起的谐波阶次；
[0018]S204：由电机电枢反应下励磁绕组感应脉动电压中由交流绕组PWM谐波引起的谐波阶次与励磁绕组电纳谐波阶次得到电枢反应下励磁绕组电流由交流绕组PWM谐波引起的谐波阶次。
[0019]S205：由电机空载与电枢反应下由PWM引起的励磁绕组电流谐波阶次与交流绕组与励磁绕组互感的谐波阶次得到加载时交流绕组感应脉动电压中由励磁绕组PWM电流引起的谐波阶次；
[0020]S206：由加载时交流绕组感应脉动电压中PWM引起的谐波阶次与交流绕组电纳的谐波阶次得到加载时交流绕组电流中由PWM引起的谐波阶次；
[0021]S207：由加载时交流绕组电流中由PWM引起的谐波阶次与交流绕组与励磁绕组间互感的谐波阶次得到加载时励磁绕组感应脉动电压中PWM谐波引起的谐波阶次。
[0022]进一步的技术方案：所述励磁绕组感应脉动电压采用的测算方式采用将电机等效为电感负载或电纳负载，利用H桥与三相电压型逆变器开环控制时的输出电压与电纳负载的相互调制得到闭环控制时的交流绕组与励磁绕组电流，进而得到励磁绕组感应脉动电压。
[0023]进一步的技术方案：所述S205中加载时交流绕组感应脉动电压中PWM引起的谐波阶次的计算步骤为：
[0024]将电机空载和仅考虑电枢反应两种情况下由PWM谐波引起的励磁绕组电流谐波阶次相叠加，与交流绕组和励磁绕组间互感的谐波阶次得到加载时交流绕组感应脉动电压中由PWM引起的谐波阶次。
[0025]进一步的技术方案：所述S101中H桥输出电压的谐波阶次的表达式为：
[0026][0027]其中，n为电机的转速，Nr为转子极数，f
PWMf
为H桥开关频率，r＝1，2，3
…
；
[0028]所述S102中H桥开环控制下的输出电压与励磁绕组电纳的调制式为：
[0029]i
fPWM
＝
‑
∫u
fPWM
dt B
ff
[0030]其中，i
fPWM
代表由PWM谐波引起的励磁绕组电流，u
fPWM
代表H桥开环控制下的输出电压，B
ff
代表励磁绕组电纳；
[0031]所述S103中励磁绕组电流与励磁绕组电感间的调制式为：
[0032][0033]其中v
fPWM
代表由PWM谐波引起的励磁绕组感应脉动电压，L
ff
代表励磁绕组自感。
[0034]进一步的技术方案：所述S201中三相电压型逆变器的输出电压为：
[0035][0036]其中，u
Ao
，u
Bo
与u
Co
分别代表A、B、C三相的负载相电压，u
Ao＇
，u
Bo＇
与u
Co＇
分别代表A、B、C三相的逆变器输出电压；
[0037]三相电压型逆变器负载相电压的谐波阶次由电机的转速n，转子极数Nr与三相电压型逆变器开关频率f
PWMm
表示：
[0038][0039]其中p＝2d1+1，p1＝3(2d2+1)
±
1，q＝2d3+2，q1＝6d4±
1，d1，d2，d3，d4＝0，1，2，3...；
[0040]所述S202中三相电压型逆变器开环控制下的输出电压与交流绕组电纳间的调制式为：
[0041]i
mPWM
＝
‑
∫u
mPWM
dt B...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：当电机空载工况下，由二重傅里叶积分得到H桥的输出电压中由PWM引起的谐波阶次并由磁链方程计算得到空载情况下励磁绕组感应脉动电压由PWM引起的谐波阶次；S2：电机加载工况下，先仅考虑电枢反应，由二重傅里叶积分得到三相电压型逆变器开环控制下的输出电压中由PWM引起的谐波阶次并由磁链方程计算得到仅考虑电枢反应时励磁绕组电流中由PWM引起的谐波阶次，再与S1中电机在空载工况下励磁绕组电流中由PWM引起的谐波阶次相叠加，并由磁链方程计算得到加载时励磁绕组感应脉动电压由PWM引起的谐波阶次。2.根据权利要求1所述的励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法，其特征在于，所述S1中的具体步骤为：S101：在电机工作在空载工况下，由二重傅里叶积分得到H桥的输出电压中由PWM引起的谐波阶次。S102：由H桥开环控制下的输出电压中由PWM引起的谐波阶次与励磁绕组电纳中的谐波阶次得到空载时励磁绕组电流中由PWM引起的谐波阶次。S103：由励磁绕组电流中由PWM引起的谐波阶次与励磁绕组电感的谐波阶次得到空载时励磁绕组感应脉动电压中由PWM引起的谐波阶次。3.根据权利要求2所述的励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法，其特征在于，所述S2中具体步骤为：S201：在仅考虑电机的电枢反应时，由二重傅里叶积分得到三相电压型逆变器的输出电压中由PWM引起的谐波阶次；S202：由三相电压型逆变器开环控制下的输出电压中由PWM引起的谐波阶次与交流绕组电纳的谐波阶次得到电枢反应下交流绕组电流中由PWM引起的谐波阶次；S203：由交流绕组电流中由PWM引起的谐波阶次与交流绕组与励磁绕组间互感的谐波阶次得到电枢反应下励磁绕组感应脉动电压中由交流绕组PWM谐波引起的谐波阶次；S204：由电机电枢反应下励磁绕组感应脉动电压中由交流绕组PWM谐波引起的谐波阶次与励磁绕组电纳谐波阶次得到电枢反应下励磁绕组电流由交流绕组PWM谐波引起的谐波阶次。S205：由电机空载与电枢反应下由PWM引起的励磁绕组电流谐波阶次与交流绕组与励磁绕组互感的谐波阶次得到加载时交流绕组感应脉动电压中由励磁绕组PWM电流引起的谐波阶次；S206：由加载时交流绕组感应脉动电压中PWM引起的谐波阶次与交流绕组电纳的谐波阶次得到加载时交流绕组电流中由PWM引起的谐波阶次；S207：由加载时交流绕组电流中由PWM引起的谐波阶次与交流绕组与励磁绕组间互感的谐波阶次得到加载时励磁绕组感应脉动电压中PWM谐波引起的谐波阶次。4.根据权利要求3所述的励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法，其特征在于，所述励磁绕组感应脉动电压采用的测算方式采用将电机等效为电感负载或电纳负载，利用H桥与三相电压型逆变器开环控制时的输出电压与电纳负载的相互调制得到闭环控制时的交流绕组与励磁绕组电流，进而得到励磁绕组感应脉动电压。5.根据权利要求3所述的励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法，其特征在于，所
述S205中加载时交流绕组感应脉动电压中PWM引起的谐波阶次的计算步骤为：将电机空载和仅考虑电枢反应两种情况下由PWM谐波引起的励磁绕组电流谐波阶次相叠加，与交流绕组和励磁绕组间互感的谐波阶次得到加载时交流绕组感应脉动电压中由PWM引起的谐波阶次。6.根据权利要求2所述的励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法，其特征在于，所述S101中H桥输出电压的谐波阶次的表达式为：其中，n为电机的转速，Nr为转子极数，f
PWMf
为H桥开关频率，r＝1，2，3
…
；所述S102中H桥开环控制下的输出电压与励磁绕组电纳的调制式为：i
fPWM
＝
‑
∫u
fPWM
dt B
ff
其中，i
fPWM
代表由PWM谐波引起的励磁绕组电流，u
fPWM
代表H桥开环控制下的输出电压，B
ff
代表励磁绕组电纳；所述S103中励磁绕组电流与励磁绕组电感间的调制式为：其中，v
fPWM
代表由PWM谐波引起的励磁绕组感应脉动电压，L
ff
代表励磁绕组自感，i
fPWM
代表由PWM谐波引起的励磁绕组电流。7.根据权利要求3所述的励磁绕组感应脉动电压谐波阶次的分析方法，其特征在于，所述S201中三相电压型逆变器的输出电压为：其中u
Ao
，u
Bo
与u
Co
分别代表A、B、C三相的负载相电压，u
Ao＇
，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴中泽，金来，张文韬，花为，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：